JPH0334244A - コーティング付き物品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、真空環境において使用のための高いスポーリ
ング耐性を有するコーティング付き物品に関するもので
あり、特には真空管におけるアノードとして使用するに
適したコーティング付き物品に関するものである。

（従来技術） 高いスポーリング耐性を有するコーティング付き物品は
、航空・宇宙産業において一般的な用途を有し、特にＸ
−線を発生するための真空管におけるコーティング付き
アノードとして有用である。Ｘ−線発生のために使用さ
れる真空管は代表的に、金属質アノードに高エネルギー
電子流れを差し向けるカソードを備えている。アノード
原子の電子と高エネルギー電子との相互作用がＸ−線を
発生する。高エネルギー電子流れからのエネルギーの大
半は熱エネルギーに変換される。アノードは実質上真空
中に存在するから、アノードから熱を枚数するための唯
一の有意義な手段は輻射によるものである。電子ビーム
の出力即ちパワーが増大するにつれ一層多くの熱が生じ
るから、高出力の使用はアノードの過熱を生じ、特にこ
れは電子ビームがアノードに射突する点において顕著で
ある。

高出力におけるアノードの過熱問題対処するべく、回転
式アノードが開発された。回転式アノードは代表的には
、斜切縁辺を有する回転ホイールの形態にある。電子ビ
ームは、斜切縁辺におけるターゲットトラック上に差し
向けられる。アノードが回転しながら、電子ビームがタ
ーゲットトラックの表面に射突するので、発生熱は一層
大きな表面にわたって放散される０代表的に、回転式ア
ノードは、ターゲットトラックに対してタングステン挿
入体を使用するモリブデン合金から作製される。

回転式アノードは著しく増大せる出力のＸ−線管の製造
を可能ならしめた。しかしながら、その出力はまだアノ
ードからの輻射熱伝達により制限される。これは大部分
アノード表面からの熱放射率により決定される。輻射熱
伝達を増大するために、回転アノードの表面の一方乃至
両方が熱放射率を増大する耐熱性コーティングで被覆さ
れた。

代表的なコーティング材料は、チタニア、アルミナ、ジ
ルコニア、安定化ジルコニア化合物或いはその混合物で
あった。−殻間なコーティング材料としては、チタニア
／アルミナ混合物、或いはカルシア安定化ジルコニア／
カルシア／チタニア混合物が挙げられる。

例えばコンピュータ援助断層写真（ＣＡＴ）スキャニン
グ設備向けに長時間連続的に作動される一層高出力のＸ
−線管の開発にともない、アノードからの熱放散問題は
益々厳しくなっており、従ってＸ−線管設計における制
約的な因子となっている。また別の設計問題は、管の作
動中回転式アノードの前面が一般に背面より高い温度を
有することである。従って、これまでのコーティングで
は高温側の前面から剥離するか（スポーリング）或いは
トラックとコーティング帯域との間でアーク発生を生じ
ることが見出されていたから、低温側の背面のみを被覆
するのが代表的な工業的実施態様であった。アーク発生
の機構は完全には解明されていないが、コーティングか
らのＨ２やＣＯのような気体の放出と関連するものと考
えられている。従って、先行技術コーティングの高温で
の性質、例えばスポーリング及び気体放出がアノード前
面のコーティングの使用をしばしば妨げ、従ってアノー
ドからの最大熱伝達速度を制限していた。

（発明が解決しようとする課題） 適当なコーティング材料は、アノード表面からコーティ
ングを剥離させる原因となり得る熱衝撃に耐え且つ高温
に耐え、同時に高い熱放散性を具備せねばならない。加
えて、コーティング材料はアノード作動温度において気
体の放出が最小限でなければならない、更に、コーティ
ングは、コーティングがアノードを断熱せずそして表面
への熱の伝導を著しく明止しないように充分に高い熱伝
導率を有するべきである。詳しくは、コーティングは、
次の要件を満足せねばならない：（１）コーティングは
、基材材料に近い膨張係数を有するべきである。

（２）コーティングと基材との間での拡散反応が全熱乃
至はとんどあってはならない。

（３）コーティングは、約１１００℃、好ましくは約１
３００℃を超える温度で非常に低い蒸気圧しか有しない
ものとすべきである。

（４）コーティング材料コストは玉出なものでなければ
ならない。

先行技術のコーティングされたアノードは、アノードか
らの輻射熱を増大するに際して中位の作動温度では満足
しうるものであったが、斯界では、増大する出力への要
求に対応するべく、−層高い作動温度で高い熱放散性を
具備するアノードそしてアノードの使用中これら高い作
動温度でスポーリングやアーク発生を生じないコーティ
ングへの絶えざる要望が存在する。

本発明の課題は、高い作動出力において真空中での連続
作動に適した高い熱放散性を有するコーティング付き物
品を開発することである。

本発明のまた別の課題は、スポーリング耐性を有しそし
て有害な程の気体の放出がない、高温への連続曝露に耐
えつるアノードとしての使用に適したコーティング付き
物品を開発することである。

本発明の更に別の課題は、７００〜１５００℃の作動温
度範囲で０．６を超える熱放散率を有するコーティング
付き物品を開発することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、こうした課題に対して、二硼化チタンと高
融点金属との組合せが好適なコーティングを提供すると
の知見を得た。

本発明は、高融点金属基材と基材表面の少なくとも一部
に形成されるコーティングを有し、該コーティングが実
質上、容積％で表わして、約５０〜９５％、好ましくは
約８０〜９０％二硼化チタンと、約５〜５０％（特には
５〜３０％）、好ましくは約ｌＯ〜２０％高融点金属か
ら成ることを特徴とするコーティング付き物品、特には
真空管アノードを提供する。容積％分率は空孔を除くも
のとする。

（実施例の説明） 高融点金属は好ましくは、モリブデン、タングステン、
タンタル、ハフニウム及びニオブ並びにその混合物乃至
合金から選択される。好ましい高融点金属は、回転式ア
ノードとして一般に使用されるモリブデン基材材料との
適合性及びＴｉＢｇに対する安定性によりモリブデンで
ある。

コーティングはまた、実質上二硼化チタンから成る第２
層を含むことが出来、この第２層は第１層を上被しそし
てそれに連接していなければならない。第２層が被覆さ
れるときには、第１層は、３０〜９０容積％、好ましく
は５０〜８５容積％、より好ましくは約６０〜８０容積
％の二硼化チタンと、残部高融点金属から成るものとす
べきである。また、実質上約８０〜９０容積％二硼化チ
タンと約１０〜２０容積％高融点金属とから成るものと
することが出来る。コーティング付き物品を形成するの
に追加層を被覆することも出来、二硼化チタンに限定さ
れる必要はない。

本発明のアノードは好ましくは、Ｘ−線管において使用
するに適合し、特に回転式アノードとして適する。しか
し、他の真空管アノード或いはアノード部品として本発
明コーティングの使用ら、輻射熱放散が重要な因子であ
る環境において意図される。本発明において使用される
ものとしての真空管アノードとは、電子の流れを放出、
捕獲或いは修正する部品である。

本発明のアノードは、基材、代表的にはアノードの意図
せる使用に対して適当な高融点金属である基材を備える
。Ｘ−線管における回転式アノードに対しては、基材は
好ましくは、タングステン或いはモリブデン或いはタン
グステン乃至タングステン合金ターゲット挿入体を含む
モリブデン合金のような、回転式アノードに対して斯界
で使用される材料である。一般に、回転式アノードは、
０．５％Ｔｉ、０．１％Ｚｒ、０．０２％Ｗ及び残部Ｍ
ｏの組成を有する、ＴＺＭとして斯界で知られるものの
ようなモリブデン合金である。

本発明のアノードは、作動中表面の熱放散率を増大する
ことによりアノードからの一層高い熱伝達を可能ならし
める。これは５アノ一ド表面の一部にわたって上に定義
したちのとしてのニー化チタン／高融点金属コーティン
グを被覆することにより実現される。コーティングは好
ましくは、アノードの熱輻射表面の主部分を被覆する。

コーティングは、プラズマ溶射、爆発銃溶射、及び超音
速燃焼溶射を含む適当な溶射技術、物理的蒸着技術、ス
ラリー／焼結技術、電気めっき技術、並びにゾルゲル付
着技術等により被覆され得る。

コーティング付き物品の熱放敗率は、１１００℃を超え
る作動温度で少なくとも０．６．好ましくは０．７を超
えるべきである。

例えば、コーティング層の厚さは約０．０００５〜０．
００３インチである 図面は、ＴＺＭのようなモリブデン合金から成る基材１
１を有する回転式Ｘｉｌ管アノードを示す。タングステ
ンの層１３が基材上に回転式アノードの前面１５上にお
けるターゲットトラック（ｔａｒｇｅｔ　ｔｒａｃｋ、
　ｆｏｃａｌ　ｐａｔｈ）の帯域において配置される。

アノード表面のターゲットトラック帯域に対応しない前
面及び背面１５．１７には、ニー化チタンと高融点金属
から成るアンダーコーティング１９が被覆される。実質
上二硼化チタンから成るオーバーコーテイング２１がア
ンダーコーティング１９を上被している。

こうしたコーティングは好ましくは、２つの良く知られ
た技術、即ち爆発銃（Ｄ−銃）法或いはプラズマスプレ
ー溶射法のいずれかにより基材に被覆され得る。爆発銃
法は、周知であり、米国特許第２，７１４．５６３；４
．１７３．６８５；及び４゜５１９．８４０号に詳しく
記載される。基材被覆のためのプラズマ技術は、従来か
ら実施されており、米国特許第３．０１６．４４７．３
．９１４．５７３．３゜９５８．０９７　、４，１７３
，６８５　、４．５１９．８４０号に記載されている。

コーティングは好ましくは爆発或いはプラズマによる付
着方法により被覆されるけれども、例えば高速燃焼溶射
（超音速燃焼溶射を含む）、火炎溶射、いわゆる高速プ
ラズマ溶射（低圧或いは真空溶射を含む）のような他の
溶射技術を使用することも可能である。めっき、蒸着そ
の他の他の技術も本発明のコーティングを付着するのに
使用され得る。

アンダーコーティング層を形成するのに本発明において
使用される粉末は、２種以上の成分の機械的混合物から
成る。第１の成分は純二硼化チタンであり、他方追加成
分は高融点金属、或いは合金或いはその混合物を含む。

別法としては、焼結と粉砕、機械的合金化、超微細粉末
の噴霧乾燥によるアグロメレーション或いは他の任意の
手段により、ニー化チタンが高融点金属マトリックス中
に分散され得る。

本発明において使用される粉末は、鋳造と続いての粉砕
、アトマイジング及びゾル−ゲルを含む従来技術により
製造され得る。

大半の溶射用途に対して、好ましい粉末寸法は一２００
メツシュ（タイラー）以下のとされる。

多（のプラズマ或いは爆発銃コーティングに対しては、
更に細かい平均粉末寸法、好ましくは一３２５メツシュ
以下が使用され得る。

以下、実施例及び比較例を参照しながら本発明を具体的
に説明する。

例１　（比較例） ２０重量％Ｎｉ−Ｃｒ　（８ＯＮｉ−２０Ｃｒ）合金を
含むＣｒ　ｓ　Ｃｓ粉末をＴＺＭＸ−線管ターゲットの
前面にｏ、ｏｏｉｏ〜０．００１５インチの厚さのコー
ティングを形成するようＤ−銃装置により被覆した。タ
ーゲットをｔｏ−’トル圧力下で１１７５℃に３０分間
加熱した。コーティングはスポーリングを生じた。

例２（比較例） 純Ｃｒ　ｓ　Ｃ□粉末をＴＺＭＸ−線管ターゲットの前
面に０．００１０〜０．００１５インチの厚さのコーテ
ィングを形成するようＤ−銃装置により被覆した。幾つ
かの試験に対して、コーティングはＴＺＭターゲット上
に直接被覆したが、他のものはＤ−銃装置により被覆し
た０、００１インチ厚のアンダーコーティングであるＣ
ｒ＝Ｃ□＋２０％Ｎｉ−Ｃｒ上に被覆した。各コーテイ
ング付きり−ゲットを１０−’ｌ−ル圧力下で１１７５
℃に３０分間加熱した。コーティングはすべてスポーリ
ングを生じてターゲットから剥離した。

例３（比較例） ８２容積％ＴｉＢａと１８容積％Ｎｉを含有する焼結及
び粉砕した粉末を、ＴＺＭＺＭタ−ゲツト表面、ｏｏｉ
〜０．００２インチの厚さのコーティングを形成するよ
うにプラズマ溶射した０表面を１Ｏ−１ｌトル圧力下で
１１５０℃に１６分間加熱した。コーティングはスポー
リングを生じた。

例４（実施例） ８４容積％Ｔ　ｉ　Ｂ　ａと１６容積％Ｍｏから成る機
械的の混合された粉末なＴＺＭターゲット前面にｏ、ｏ
ｏｉｏ〜０．００１５インチの厚さにプラズマ溶射した
。ターゲットを１０−’トル圧力下で１１５０℃に１６
分間加熱した。スポーリングは全く生じなかった。同じ
ターゲットを１０−’トルで１２００℃に続いて加熱し
た。いずれの試験で６スポーリングの兆候は認められな
かった。熱放散率はほぼ０．７であることが見出された
。

例５（実施例） コーティング付き物品をＴＺＭターゲットの前面及び背
面両方に８４容積％Ｔ　ｉ　Ｂ　＊と１６容積％Ｍｏか
ら成る、厚さ０．００１インチのアンダーコーティング
層をプラズマ溶射し、そしてその上に純Ｔ　ｉ　Ｂ　ｘ
オーバーコーチ４フフ層を０．００１〜０．００１５イ
ンチの厚さにプラズマ溶射することにより形成した。そ
の後、ターゲットを１０−’トルにおいて１２００−１
３００℃に加熱した。

コーティングのスポーリングは全く認められなかった。

熱放散率は０，７を僅かに越えることが見出された。

（発明の効果） 本発明は、高い作動出力において真空中での連続作動に
適した高い熱放散性を有するコーティング付き物品を開
発することに成功した。この新規なコーティングは、ス
ポーリング耐性を有しそして気体の有害な程の放出がな
く、しかも７００〜１５００℃の作動温度範囲で０．６
を超える熱放散率を有する。高温への連続曝露に耐えう
るアノードとしての使用に適する０例えばコンピュータ
援助断層写真（ＣＡＴ）スキャニング設備向けに長時間
連続的に作動される高出力のｘ−線管に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｘ−線管回転式アノードの部分断面正面図で
ある。 第２図は、第１図のアノードの平面図である。 １ ３ ５ ７ ９ １ ：基材 ：タングステンの層 ：前面 ：背面 二アンダーコーティング ：オーバーコーテイング Ｆ　／　Ｇ。 １ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）表面に少なくとも所定の帯域を有するコーティング
   付き物品であって、高融点金属基材と、該基材の少なく
   とも前記所定の帯域を覆う層とを備え、該層が実質上約
   ５０〜９５容積％二硼化チタンと約５〜５０容積％高融
   点金属とから成ることを特徴とする、真空下での使用に
   おける高スポーリング耐性及び高熱放散性を有するコー
   ティング付き物品。 ２）真空管におけるアノードとして使用される特許請求
   の範囲第１項記載のコーティング付き物品。 ３）アノードがＸ線管における回転式アノードである特
   許請求の範囲第２項記載のコーティング付き物品。 ４）層の熱放散率が１１００℃を超える温度で約０．６
   を超える特許請求の範囲第１或いは３項記載のコーティ
   ング付き物品。 ５）層の厚さが約０．０００５〜０．００３インチであ
   る特許請求の範囲第２項記載のコーティング付き物品。 ６）前記層を覆う実質上二硼化チタンから成る第２層を
   具備する特許請求の範囲第１項記載のコーティング付き
   物品。 ７）層が実質上約８０〜９０容積％二硼化チタンと約１
   ０〜２０容積％高融点金属とから成る特許請求の範囲第
   ６項記載のコーティング付き物品。 ８）高融点金属がモリブデン、タングステン、タンタル
   、ハフニウム、ニオブ並びにその混合物及び合金から成
   る特許請求の範囲第１項或いは６項記載のコーティング
   付き物品。 ９）第２層の表面の熱放散率が少なくとも約０．７であ
   る特許請求の範囲第８項記載のコーティング付き物品。